《岩石力学》课程实验指导书(102239)要点

岩石力学实验指导书-1-江西理工大学《岩石力学》课程实验指导书(适用于采矿、地质、土木等专业)专业班级姓名矿业工程实验室采矿工程教研室二○一四年一月岩石力学实验指导书-2-前言试验是岩石力学课程教学的重要环节，目的在于辅助课堂教学，直观培养学生的知识结构和动手能力。本指导书是根据我校《岩石力学》课程实验教学大纲、并结合我校的实验条件而编写的，主要内容有：1、岩石容重的测定；2、岩石含水率的测定；3、岩石单轴抗压强度的测定；4、岩石变形参数的测定；5、岩石单轴抗拉强度的测定；6、点荷载强度指标的测定；7、岩石凝聚力及内摩擦角的测定。说明：本试验指导书主要依据为：(1)中华人民共和国国家标准：《工程岩体试验方法标准》GB/T50226-1999(2)中华人民共和国水利部：《水利水电工程岩石试验规程》(3)国际岩石力学学会（ISRM）：《岩石力学试验建议方法》由于我们水平有限，文中如有不当之处，欢迎使用者批评指正。岩石力学实验指导书-3-目录第一部分绪论-------------------------------------------------------------------------------4第二部分基本实验指导-------------------------------------------------------------------6学生试验守则-----------------------------------------------------------------------------6试验一岩石容重的测定------------------------------------------------7试验二岩石含水率的测定-------------------------------------------8试验三岩石单轴抗压强度的测定-----------------------------------9试验四岩石变形参数的测定-----------------------------------------10试验五岩石单轴抗拉强度的测定-----------------------------------12试验六点荷载强度指标的测定--------------------------------------13试验七岩石凝聚力及内摩擦角的测定（抗剪强度试验）-------15岩石力学实验指导书-4-第一部分绪论本实验指导书是根据《岩石力学》课程实验教学大纲编写，适用于采矿工程等专业。一、本课程室内岩石试验的任务和工作基本要求1、室内岩石试验的任务了解岩块的基本物理力学性质及其破坏机制；研究在原岩应力的作用下岩石工程或围岩的工程性状，为岩石工程的评价和工程设计提供资料。2、室内岩石试验工作基本要求①为使试验工作符合实际情况，保证成果质量，岩石试验工作，应在详细了解工程地质条件、设计意图、岩石工程的特点和可能采用的施工方法等基础上进行。②试验工作的安排和布置，应和勘测设计阶段相适应，既要满足本设计阶段的要求，又利于与以后各设计阶段的试验工作相衔接。一般的要求是：(1)规划选点阶段在充分分析和利用与岩石工程地质条件相类似的工程的试验成果基础上，可根据实际情况布置少量的室内岩块试验，通常不做现场试验。(2)初步设计阶段初期应根据划分的工程地质单元分别进行动力法测试和取代表性试样进行室内岩块试验。对矿山主要井巷和采场采矿方法方案选择起重要作用的岩石力学问题，如主要结构面的变形和稳定条件等，必要时，应进行野外试验。中后期，对关键岩石工程的岩石力学问题应采取室内和野外试验相结合的原则进行试验研究，为工程地质评价和工程设计提供可靠的岩石物理力学特性资料。(3)施工图设计阶段一般根据初步设计审查后新发现的工程地质问题，地压处理的需要等，进行专门性的试验。为了解岩体性状的变化和为工程地质预报提供资料，在施工过程和转运期间，应对关键部位的岩体进行现场监测。③室内岩块试验的样品，一般在钻孔、平洞和竖井中采取，同组岩样的性质应基本相同。取样位置和数量，应根据地质条件、工程特点和试验要求而定。④布置室内岩块试验的一般要求(1)作为岩石类别划分指标的常规试验项目，应针对岩类的现场分类进行选择，为科学地划分工程地质岩组及掌握不同岩类的自然特性提供资料。(2)作为工程计算指标的直剪试验和三轴试验，测试条件应符合地质条件和设计要求。(3)当软弱岩层、断层破碎带的厚度较大，充填物性质均一时，宜采用土工试验的方法进行抗剪强度、压缩试验和其他试验。岩石力学实验指导书-5-二、本课程实验的基础知识掌握教科书上有关本次试验的教学内容，仔细阅读试验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备的操作方法及操作规程。三、本课程实验教学项目及要求序号实验项目名称学时实验类别实验要求实验类型每组人数主要设备名称目的和要求1岩石容重的测定1专业基础必修验证6烘箱、干燥器、熔蜡锅、天平、线、石蜡、水中称量装置交实验报告2岩石含水率的测定1专业基础必修验证6烘箱、干燥器、天平交实验报告3岩石单轴抗压强度的测定1专业基础必修验证6RMT-150C实验系统交实验报告4岩石变形参数即弹性模量E和泊松比μ的测定2专业基础必修验证6RMT-150C实验系统、数字静态应变仪交实验报告5岩石单轴抗拉强度的测定（巴西劈裂抗拉实验）1专业基础必修验证6RMT-150C实验系统交实验报告6点荷载强度指标的测定2专业基础必修验证6数字点荷载仪交实验报告7抗剪实验(C、φ测定)2专业基础必修验证6TYS-500岩石三轴试验机交实验报告岩石力学实验指导书-6-第二部分基本实验指导学生试验守则一、每次试验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次试验的教学内容；预习内容包括仔细阅读试验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。二、经过预习应掌握该项试验的意义、目的、操作步骤。对辅导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行试验。三、试验时态度应严肃认真，严格按辅导教师及试验指导书上所讲的操作步骤进行试验，每台设备的操作应按各设备的操作准则进行，以免损坏设备或造成事故。非本次试验使用的仪器设备不得乱动。四、每次试验前由小组长填写仪器设备领用单。试验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离室。如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。五、试验结束后，应在规定时间内提交试验报告。试验报告必须独立完成。书写、计算、制图要求公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。试验成绩是期终考核成绩的一部分。以上守则同学们应自觉遵守。岩石力学实验指导书-7-实验一、岩石容重的测定岩石容重是指单位体积岩石的重量。有两种做法：称重法和蜡封法。我们采用的是蜡封法。一、主要仪器设备：烘箱、干燥器、熔蜡锅、天平、线、石蜡、水中称量装置。二、试件制备：选取有代表性的边长约40~50mm近似立方体的岩石、选3块、修平棱角、刷取表面粘着物。三、测定步骤：1、将试样放入105~110οC的烘箱中烘至恒重（烘干24小时）后取出、放在干燥器内冷却至室温、称重得g2、用线绑住试件、置于刚过熔点的石蜡中1~2秒钟提出、检查试件上，蜡有无气泡、可用小电烙铁或热针刺破并涂平孔眼、在天平上称重得g13、将蜡封后的试件挂在天平钩上、在水中称重得g2四、结果计算：nsggggdgggd121式中：dg——岩石的干密度，克／厘米3；g——试件干重，克；g1——蜡封试件在空气中重，克；g2——蜡封试件在水重中，克；ds——水的密度，克／厘米3；gn——石蜡密度，克／厘米3，0.90克／厘米3。岩石密度测定记录表测定次数试件在空气中重g（克）蜡封试件在空气重g1（克）蜡封试件在水中重g2（克）试件容重dg（克／厘米3）岩石平均容重d（克／厘米3）备注123岩石力学实验指导书-8-实验二、岩石含水率的测定岩石在天然状态下所含水分的重量与岩石烘干后的重量之比为岩石的含水率。一、仪器设备：天平、烘箱、干燥箱。二、试验步骤：1、从岩样中心取保持天然含水状态的边长约4~6厘米的立方体试件，即称重得g1，在现场采取的岩石，测含水率就要用塑料袋把欲测岩石密封住，保持水分。2、将试件放在105~110οC烘箱中烘至恒重（烘干24小时）后取出，放置干燥器中冷却至室温，称重得g2。三、测定结果计算：%100221gggw式中：w——岩石天然含水率；1g——保持天然水分的试件重量，克；2g——烘至恒重的试件重量，克。岩石含水率测定记录表试件编号试件天然重量1g（克）试件烘干重量2g（克）试件含水率w（%）岩石平均含水率w（%）备注123岩石力学实验指导书-9-试验三、岩石单向抗压强度的测定一、仪器设备：材料试验机、游标卡尺。二、标准试件规格：采用直接为50mm的圆柱体，高径比为2：1；也可采用50×50×100mm的长方体。三、测定步骤：1、测试件尺寸（试件直径应在其高度中部两个互相垂直的方向量测，取算术平均值）填入记录表内。2、选择压力机度盘（量程）：一般应满足0.2P＜Pmax＜0.8P式中：Pmax——预计最大破坏载荷，KNP——压力机度盘最大值，KN3、开动压力机，使其处于可用状态，将试件置于压力机承压板中心，调整球形坐，使试件上下受力均匀，以(0.5~1.0MPa)/秒的速度加载直至破坏。注：如用RMT-150C电液伺服压力机加载，则按其操作手册正确操作，从控制电脑中获取Pmax。四、测定结果的计算：试件的抗压强度：FPR式中：R——试件抗压强度，MPaP——试件破坏载荷即Pmax，NF——试件面积，mm2岩石单向抗压强度测定记录表格试件编号岩石名称试件含水状态试件尺寸（mm）试件面积F(mm2)破坏载荷PN抗压强度RMPa平均抗压强度MPa备注长宽直径高123岩石力学实验指导书-10-试验四、岩石变形参数测定（弹性模量E和泊松比μ）一、仪器设备：电阻应变仪、万用表、试验机、电阻应变片、胶水等。二、试件与抗压强度测定试件的要求相同。三、测定步骤：将数字电阻应变仪接上电源，预热半小时连接线路，预调平衡，施加初载荷，检查仪器工作情况，按每秒0.5~1.0MPa的速度逐渐加载，按估计破坏载荷的十分之一间隔读一次读数，纪录载荷与应变值。直至破坏。注：如用RMT-150C电液伺服压力机加载，则按其操作手册正确操作，从控制电脑屏幕中获取载荷，从数字电阻应变仪上读取应变值。四、测定结果的计算与整理：1、应力按下式计算：FPσ式中：σ—应力，MPa；P—与应变对应的载荷，N；F—试件初始面积，mm2。2、体积应变按下式计算dl2式中：—体积应变值；l—纵向应变值；d—横向应变值。3、绘制应力—纵向应变曲线；应力—横向应变曲线；应力—体积应变曲线。4、根据破坏载荷计算单轴抗压强度σccPF式中：P—破坏载荷，NF—试件初始面积，mm2。5、在应力—纵向应变曲线上，原点与50%抗压强度点连线的斜率即为割线模量E50。6、在应力—纵向应变曲线上，直线段的斜率为切线模量Et（通称弹性模量）。7、根据应力—纵向应变和应力—横向应变曲线上对应直线段部分纵向和横向应变的平均值计算泊松比ld式中：d——应力—横向应变曲线上对应直线段部分应变的平均值。l——应力—纵向应变曲线上对应直线段部分应变的平均值。岩石力学实验指导书-11-变形参数测定纪录表格试件长mm、宽mm、直径mm、面积mm2。序号纵向荷载PN纵向应力MPa纵向应变l横向应变d体积应变1234567891011121314151617181920E50=σc=Et==dl岩石力学实验指导书-12-试验五、岩石抗拉强度的测定（劈裂法）一、仪器设备：材料试验机、劈裂法实验夹具、游标卡尺。二、试件规格：标准试件采用圆盘形，直径50mm、厚25mm；也可采用50×50×50mm方形试件。三、测定步骤：1、2同抗压强度相同。3、通过试件直径的两端，沿轴线方向画两条互相平行的线作为加载基线，把试件放入夹具